专利名称：太阳能采集瓦的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型屋面复盖层构件，确切地说，涉及一种太阳能采集瓦，属于可以作为能量收集装置的屋面复盖物技术领域。
太阳能是极其丰富、又极待开发利用的能源。在四十分钟时间内幅射到地球上的太阳能相当于如今全世界一年的能源消费量。太阳能是一种非常清洁、无污染和对环境无影响的很好的一次能源，而且，它几乎不受地区限制，不论什么地方都可以利用。但是，在地球表面太阳能的密度很低，最高值只有1千瓦/平方米，为聚集大量的太阳能需要大面积的换能器件。如果使用如水等吸热介质效率降低，且只能得到较低品位的热能。再者，由于太阳在天空中的位置是随每天的时刻不同而改变的，为提高太阳光的能流密度，通常使用各种聚光汇集装置(如反射镜等)把太阳光聚集，以提高能流密度。由于太阳在天空中的位置变化，还必须使用一套跟踪装置才能使汇聚装置的输出始终保持在换能器的表面，这种跟踪装置结构复杂，体积笨重，维护使用也有诸多不便，且使太阳能成本增加。
本发明的目的是提供一种太阳能采集瓦，作为建筑物的复盖层的新型标准材料。
本发明是由支架、反射镜瓦和换能器件所组成，其特征在于反射镜是用玻璃制作的圆柱面，其圆心角接近180°，其背面为反光镜面，后面衬有钢化玻璃;支架支持反射镜瓦并使其轴线为南北方向和使其轴线与水平面的夹角等于安装使用地的纬度值;换能器件是一个用硅硼玻璃制作的双层叠套玻璃圆管，两层圆管之间的端口密封抽成真空，其外管直径为反射镜瓦圆柱直径的1/3～1/5，其安装轴线与反射镜瓦的轴线平行，且在反射镜圆弧中心所在半径上。本发明的换能器件的内层玻璃管可以是全透明的，也可以在其外圆表面(即中间夹层内)作真空镀黑色膜处理，作为全吸收型吸热表面涂层。
本发明的意义在于它在作为建筑物屋面复盖层构件的同时，又可以在新型绿色工程房屋中作为采集太阳能的基本元件。虽然本发明单纯作为普通建筑材料，与一般建筑用瓦相比，同样的复盖面积，使用本发明时成本要高出许多;但如果把其吸收太阳光能量进行综合利用后发挥的效能计算在内，这些基建时的一次性投入就显得非常值得和获益非浅了。例如，普通建筑物投入应用后，要在以下各个方面消耗能源，冬季取暖，夏季致冷，照明和家用电器耗电和加热各种生活用热水等。上述能耗目前通常取自煤气、煤、液化石油气和电能，随着世界性的一次能源紧张和环境保护的原因，人们日益趋向于开发应用可再生能源，而本发明可以使上述建筑物的取暖、致冷和加热生活用水等项能耗转由太阳能提供或补充，从而大大节约一次能源的消耗和改善环境质量。这种太阳能采集瓦由于铺设在建筑物屋面上，面积大又无碍观瞻、不会妨碍交通，还毋需跟踪装置就能自动把太阳光聚汇到换能器件表面、提高能流密度。没有运动部件，结构简单，作为太阳能利用装置中的能量采集装置，本发明是一项颇具应用前景的新型建筑材料。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的垂直剖面图。
图3是太阳光入射角度与反光镜瓦指向角度不大时的光线反射示意图。
图4是太阳光入射角度与反光镜瓦指向角度较大时的光线反射示意图。
参见图1、图2，本发明是由支架1、反射镜瓦2、和换能器件3组成，反射镜瓦2是用玻璃制作的圆柱面，其圆心角接近180°，其背面为反光镜面21，后面衬有钢化玻璃22，以保护反光膜的性能长期稳定。支架1支撑反射镜瓦2，并使其轴线为南北方向和使其轴线与水平面的夹角等于安装使用地的纬度值。换能器件3是一个用硅硼玻璃制作的双层叠套玻璃圆管，两层圆管之间的端口密封抽成真空，其外管31直径为反射镜瓦2圆柱直径的1/3～1/5，其安装轴线与反射镜瓦2的轴线平行，且在反射镜圆弧中心所在半径上。换能器件3的内层玻璃管32可以是全透明的，也可以在其外圆表面(即中间夹层内)作真空镀黑色膜处理，作为全吸收型吸热表面涂层，视该圆管内的吸热介质而定。
图2中R为反射镜瓦2的圆弧半径，r为换能器件3的半径，H为换能器件3的剖面圆心到反射镜瓦2圆弧圆心的距离。
本发明采用圆柱状反射镜瓦和圆柱形换能器件，并把圆柱形换能器件安装在与圆弧反射镜圆弧焦面相切的位置上。我们知道，圆弧形反射镜具有把不同入射角度的光线聚焦到二分之一圆弧半径的圆弧面上的光学特性，而本装置的换能器件3为圆柱形，它的下外沿距反射镜圆弧中点的距离恰好约为二分之一的反射镜瓦2的圆弧半径，从而使它处在与圆弧反射镜瓦2的焦面圆弧相切的位置。这样，当入射的太阳光(如剪头所示)与反射镜瓦2的指向角度不大时，其反射后的阳光聚焦的焦面圆弧与换能器3的对应圆弧很接近，可以说，基本聚焦在换能器件3的圆弧表面上。即使有些散焦也是允许的，而且，散焦后的太阳光仍然基本都照射在换能器件3的表面，如附图3所示。而当阳光入射角度较大时，通常只有换能器件3一侧的反射镜瓦2起作用，它把阳光反射后仍然投射到换能器件3的表面。由于换能器件3的表面积小于反射镜瓦2的表面积，因而就提高了换能器件3的表面平均能流速度。这样可以提高能量转换效率，降低成本。而且，由于反射的太阳光基本上都反射到换能器件的表面，毋需转动反射镜，可以实现免动自位跟踪。没有运动部件，结构简单，不用维护。
利用本发明作为建筑新型材料，可以建造太阳能房屋，在住宅或建筑物的屋顶上安装本发明作为复盖材料，在其中换能器件中通有吸热介质-水，使之被加热后作为住宅的供暖、生活用热水;也可在里面安上太阳能电池及蓄电系统，利用其发生的电供住宅照明，取暖或其他电器使用。
权利要求
1.一种太阳能采集瓦，是由支架、反射镜瓦和换能器件所组成，其特征在于反射镜是用玻璃制作的圆柱面，其圆心角接近180°，其背面为反光镜面，后面衬有钢化玻璃；支架支持反射镜瓦并使其轴线为南北方向和使其轴线与水平面的夹角等于安装使用地的纬度值；换能器件是一个用硅硼玻璃制作的双层叠套玻璃圆管，两层圆管之间的端口密封抽成真空，其外管直径为反射镜瓦圆柱直径的1/3～1/5，其安装轴线与反射镜瓦的轴线平行，且在反射镜圆弧中心所在半径上。
2.如权利要求1所述的太阳能采集瓦，其特征在于所述的换能器件的内层玻璃管可以是全透明的。
3.如权利要求1所述的太阳能采集瓦，其特征在于所述的换能器件的内层玻璃管可以在其外圆表面(即夹层内)作真空镀黑色膜处理，作为全吸收型吸热表面涂层。
全文摘要
一种太阳能采集瓦，由支架，反射镜瓦和换能器件所组成，其中反射镜是用玻璃制作的圆柱面，其背面为反光镜面，支架支持反射镜瓦并使其轴线为南北方向和使其轴线与水平面的夹角等于安装使用地的纬度值；换能器件是用硅硼玻璃制作的双层叠套玻璃圆管，两层圆管之间的端口密封抽成真空，其外管直径为反射镜瓦圆柱直径的1/3～1/5，其安装轴线与反射镜瓦的轴线平行及在反射镜圆弧中心所在半径上。可以用作太阳能住宅的屋面覆盖材料。
文档编号F24J2/10GK1101415SQ9311794
公开日1995年4月12日 申请日期1993年10月7日 优先权日1993年10月7日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂